基于LCMV的两种干扰抑制算法对比分析

为了对比分析线性约束最小方差(LCMV)准则下的功率倒置(PI)算法和最小方差无失真响应(MVDR)算法的综合抗干扰性能,建立天线阵列接收信号模型。理论分析了LCMV准则以及PI和MVDR算法原理和特点。从对扩频信号捕获和信号载波相位的影响2个方面对比分析了2种抗干扰算法的性能,并利用Matlab对分析结果进行验证及进一步分析,得出MVDR算法抗干扰性能优于PI算法,对卫星导航领域的抗干扰的工程实践有一定的指导和借鉴意义。     

频控阵雷达技术及其应用研究进展

与传统的相控阵只形成方位角依赖性的发射波束不同,频控阵通过在阵元间采用一个小频差来实现波束的自动扫描功能。频控阵能够形成具有距离依赖性和时变性的发射波束,克服了传统相控阵阵列因子不包含距离和时间变量的缺点,因而带来很多独特的应用优势。该文在作者的“频控阵雷达:概念、原理与应用”(《电子与信息学报》,2016, 38(4): 1000–1011)基础上,简要介绍频控阵雷达的基本原理,全面梳理近3年来国内外关于频控阵雷达技术及其应用方面的最新研究进展,讨论几种新的频控阵雷达技术应用前景,主要包括雷达对抗和雷达-通信一体化应用,并指出目前亟待研究解决的波束时变性、有效接收机设计、自适应信号检测与估计和原理样机研制等几个关键问题。      

一种降维的MIMO雷达MVDR波束形成算法

深入研究了多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output, MIMO）雷达的波束形成问题,针对MIMO雷达直接运用常规的最小方差无失真响应（MVDR）波束形成算法时所需的训练样本数大和运算复杂度高的不足,提出了一种降维的MVDR波束形成算法。该算法首先将1个 维（ 分别为发射和接收阵元数）的权矢量分解成两个低维（1个 维和1个 维）权矢量的Kronecker积,然后分别利用MVDR算法求得分解后的两个权矢量,最后再合成原始的最佳权矢量。该算法通过将一个高维权矢量的求解问题转换成两个低维权矢量的分别求解问题,在保证波束形成器性能的基础上有效地降低了运算复杂度,减少了所需的训练样本数,因此本文算法更具有实际应用价值。仿真结果验证了算法的有效性。      

频控阵雷达：概念、原理与应用

频控阵雷达是近年来提出的一种新体制阵列雷达技术,它能够形成具有距离依赖性的发射波束,克服了传统相控阵雷达不能有效控制发射波束的距离指向问题,并具有很多独特的应用优势。该文系统地介绍频控阵雷达的概念、原理和应用特点,全面梳理国内外关于频控阵雷达技术的研究文献,系统性地总结归纳频控阵概念、基本原理及其雷达应用特点等几个方面的研究现状,并分析频控阵雷达未来的应用前景和亟待解决的关键技术问题。     

期望信号功率对MVDR算法性能的影响分析

当接收数据中存在期望信号时,即使是入射信号互相独立, 最小方差无失真响应（minimum variance distortionless response ,MVDR）算法性能都受期望信号功率的影响。在各入射信号相互独立的前提下,本文先是分析了期望信号功率对期望信号输出功率和干扰加噪声输出功率的影响,接着分析了该影响下的输出信干噪比（SINR,signal-to-interference-plus-noise ratio）以及它的收敛速度的变化情况。分析表明,输出SINR在一定范围内是随着期望信号功率的变大而增加,但是当期望信号功率变大到一定程度后,干扰被抑制的强度会随着期望信号功率的变大而减弱,从而导致输出SINR不再随期望信号功率的增大发生变化。SINR的收敛速度也随期望信号功率的增大而变慢。仿真验证了分析结果的有效性。      

基于宽带MVDR波束形成的弱信号检测研究

在复杂电磁环境中,常规波束形成的性能下降会使检测弱信号变得十分困难。若空间存在相干干扰时,常规阵列信号处理方法大都无法区分干扰与目标信号。针对宽频带、强干扰以及信号相干的问题,研究了可以抑制干扰的最小方差无畸变响应(MVDR)波束形成方法,并讨论了宽带MVDR的几种实现方式,即非相干最小方差(IC-MV)、空间重采样最小方差(SRMV)和指向最小方差(STMV),通过仿真比较了上述算法的弱信号检测性能。     

基于频控阵波束锐化的主瓣干扰抑制技术

文中研究基于频控阵波束锐化的主瓣干扰的抑制问题,在非均匀对数偏频的基础上,利用频控阵列阵因子的空时耦合和变化、距离依赖的特性自适应的进行发射波束形成,在角度域-距离域上实现主波束锐化和精准指向,极大地抑制距离依赖和角度依赖的干扰。由于只在目标点处才会出现最大的波束能量聚焦,在接收端利用线性约束最小方差(LCMV)准则,空域上和期望信号完全对准主瓣干扰,利用距离依赖的差异也可以实现有效的抑制。仿真实验验证了方法的有效性。     

基于MVDR算法的单天线ADS-B交织信号分离

广播式自动相关监视（Automatic Dependent Surveillance-Broadcast，ADS-B）作为一种新的监视技术正受到国际民用航空组织（International Civil Aviation Organization，ICAO）的大力推广。然而，由于ADS-B信号传输具有随机性，多条信号交织问题不可避免。本文将最小方差无失真响应（Minimum Variance Distortless Response，MVDR）算法应用于单天线ADS-B信号解交织。首先，将单天线接收到的数据转化为虚拟均匀线阵模型；然后利用阵列信号处理中的MVDR算法分离交织信号。由于该算法需要准确估计信号频率，而针对快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform，FFT）估计信号频率误差较大的问题，利用改进的频率估计方法能够降低信号频率估计误差，从而有效分离交织信号。仿真实验验证了该算法的有效性并且对信号之间相对时延问题不敏感。      

基于联合时空图拓扑结构的多通道语音MVDR增强算法

本文研究图频域内的多通道语音增强,利用图信号处理理论（GSP）构建一种时间-空间维度的联合图拓扑结构,在此基础上设计增强算法进行多通道语音消噪。具体而言,基于输入阵列某个麦克风输入帧间语音顶点信号的时间相关关系,构造时间维度上的一种图拓扑结构;同时针对多通道含噪语音,根据各通道接收信号的空间相关关系,构造空间维度上的一种图拓扑结构。基于时间和空间二种图拓扑构成的联合图拓扑结构,采用图频域内的最小方差无失真响应（MVDR）增强算法,进行多通道语音增强。仿真实验结果表明,在平均客观语音质量评估（PESQ）得分和平均拓展短时客观可懂度（ESTOI）评价指标下,本文所提出的基于联合图拓扑结构的MVDR波束形成（JG-MVDR）方法都优于常规图MVDR波束形成（GMVDR）方法和基于复高斯混合模型的MVDR波束形成（CGMM-MVDR）方法。      

频控阵MIMO雷达中基于稀疏迭代的多维信息联合估计方法

传统MIMO雷达为了获得准确的距离信息不仅需要引入转移矩阵,而且需要积累更多的快拍数。针对该问题,该文提出了基于稀疏迭代的频控阵MIMO雷达多维信息（距离、角度和幅度）估计方法,该方法利用频控阵MIMO的发射导向矢量不仅与目标的方位角有关,同时也与目标的距离有关这一特性,通过优化加权lq范数（0 q 1）的目标函数,采用稀疏迭代优化获取目标的距离、角度和幅度信息。该方法仅需单次快拍,并在每次迭代中求解到了目标的多维信息,故不需借助优化工具获得目标信息。仿真显示,相比DAS,IAA和IAA-R,该方法在有效减少快拍数和处理数据的同时,获得了高分辨率的目标距离、角度和幅度估计性能。      

基于双迭代MVDR波束形成的MIMO-OTHR多模扩展多普勒杂波抑制算法

针对多模传播引起的扩展多普勒杂波影响天波超视距雷达对低可探测慢速舰船目标检测性能的问题,该文在新一代多输入多输出天波超视距雷达系统下,利用双迭代最小方差无失真响应(MVDR)波束形成器抑制多模扩展多普勒杂波。考虑到时间叉排线性调频连续波MIMO天波雷达和慢时间相位编码MIMO天波雷达在有限相干积累时间内的训练样本数有限,且训练样本中包含主选模式期望信号,该文利用阻塞矩阵进行数据预处理,减小训练样本中的主选模式期望信号影响,并将LN×1维“发射-接收”2维权矢量优化分解为L×1维发射权矢量和N×1维接收权矢量,通过双迭代计算恢复出的2维MVDR权矢量来抑制多模扩展多普勒杂波,减小了计算量和样本需求。理论分析和仿真验证了算法的有效性。     

基于稀疏表示的频控阵MIMO雷达多目标定位

针对频控阵多输入多输出（MIMO）雷达,提出了一种基于压缩感知稀疏表示思想的目标定位算法。首先回顾了 MIMO 雷达和频控阵的特点,进而研究了频控阵 MIMO 雷达的性质,它不但可以具有MIMO 雷达的优点,而且能够感知目标的距离维信息,同时针对频控阵 MIMO 雷达接收数据模型进行数学建模,并把目标定位问题表示成稀疏表示框架下的代价函数。最后利用凸优化工具对代价函数进行优化求解,由所得稀疏权向量中的非零元素索引映射出目标的方位和距离信息。与现有的经典 MUSIC 算法相比,具有更好的定位性能,计算机仿真结果证明了所提算法的有效性。     

频控阵雷达技术研究进展综述

由于频控阵雷达具有距离依赖性和时变性的阵列因子,能够克服传统相控阵雷达阵列因子缺失距离变量和多输入-多输出雷达发射阵列增益损失的缺点,但是,频控阵雷达在系统理论、信号处理和应用实现等方面仍存在诸多待解决的研究问题。该文分析了频控阵雷达技术的概念、内涵与外延,梳理了近五年来国内外关于频控阵雷达技术及其应用方面的最新研究进展,论述了频控阵雷达干扰与抗主瓣干扰、模糊杂波抑制与盲速目标检测以及定位欺骗方面的应用优势,并讨论了频控阵雷达技术的未来融合化发展趋势。      

分布式雷达主瓣间歇采样转发干扰抑制方法

主瓣间歇采样转发干扰是一种相干干扰,且该干扰从天线主瓣注入雷达,会严重影响雷达的性能。本文首先建立一发多收分布式雷达系统;并建立目标、间歇采样转发干扰数学模型;随后提出一种通过干扰辨识来估计纯干扰协方差矩阵的最小方差无失真(MVDR)抗干扰方法。通过对雷达回波脉压后的一维距离像作时频分析,并根据目标、干扰信号的时频特性差异来辨识目标与干扰,在此基础上,估计纯干扰信息,作为MVDR波束形成器的训练样本,实现对主瓣间歇采样转发干扰的抑制。最后,通过仿真验证了该方法的有效性。      

基于图信号处理的频控阵雷达目标定位方法

针对现代雷达应用对目标高精度测角和测距的需求,该文将图信号处理(GSP)应用于频控阵(FDA)雷达目标定位中,提出一种基于图信号处理的频控阵雷达目标定位新方法。首先,基于频控阵雷达几何模型及回波数据间的信号关联性构建回波数据的图信号模型,进而利用图傅里叶变换对上述图信号作图谱分解,构建2维谱峰搜索优化函数,最终有效获得目标的方位角-距离联合估计。仿真实验结果表明,该算法能够正确估计出目标的方位角和距离信息;在相同仿真条件下,算法的估计精度优于同类算法且提升了对弱目标的定位性能。     

一种鲁棒的分布式雷达主瓣干扰抑制方法

分布式雷达通过多部小口径雷达按照一定规则稀疏部署,形成等效大口径阵列,使其具有较高的角度分辨率和测量精度,能够在空域有效抑制主瓣干扰,然而在实际应用中,各单元雷达的阵元位置不准、时频不同步等非理想因素会引入幅相误差,严重影响分布式雷达系统的性能;且分布式雷达的超长基线给阵列标校提出了更高的要求.本文提出一种基于干扰样本...     

一种基于频控阵预编码的干扰抑制技术

目前阵列雷达目标探测技术大多依赖传统的相控阵技术,但其所产生的波束只与角度有关. 而近年来频控阵（frequency diverse array, FDA）的提出,使得波束不仅与角度有关还与距离和时间有关. 基于FDA技术,通过最大化接收信号的信噪比（signal-to-noise ratio, SNR）作为优化目标,提出了最优发射信号的预编码和FDA频偏的设计方法,从而把对其他无线设备的干扰降低到最小. 预编码的设计使得FDA的波束在目标处产生一个角度-距离维上的孤立点,而FDA的优化算法是基于一种变种的梯度下降法,通过回溯法线性搜索出最佳迭代步长. 数值仿真结果显示,该算法成功地在目标处产生了点状波束,且算法可在10次以内完成收敛,从而可以在角度-距离维进行干扰抑制.     

基于聚焦信号子空间估计导向矢量的干扰声源抑制方法

针对最小方差无失真响应（Minimum Variance Distortionless Response,MVDR）波束形成器对导向矢量失配较敏感的问题,本文提出了一种有效的干扰声源抑制方法 .该方法首先将语音信号的频带划分为多个子带,通过聚焦信号子空间方法估计各子带的声源到达方向（Direction of Arrival,DOA）,并采用统计直方图估计各声源的初始DOA;其次,为了减小导向矢量失配,利用声源的空间稀疏性,通过Capon功率构建目标声源导向矢量估计的代价函数,约束目标声源导向矢量远离干扰声源空间;最后,根据估计的导向矢量,估计干扰声源加噪声协方差矩阵,以获得MVDR波束形成器的权重.基于TIMIT语料库的实验结果证明,提出的干扰声源抑制方法的输出信干噪比（SINR）及语音质量感知评价（PESQ）优于参考方法,具有更佳的抗导向矢量失配性能.     

全双工阵列的数字域联合干扰抑制算法

针对当前全双工系统无法有效应对外部干扰的问题,将全双工自干扰抑制技术与阵列自适应波束成形技术相结合,提出一种自干扰和外干扰的数字域联合抑制算法。首先建立该场景下全双工阵列的系统模型,然后基于时域自干扰抑制算法和最小方差无失真响应(MVDR)波束成形算法,给出算法的数学模型,并对该算法的性能进行理论分析。数值仿真证明,该算法能够同时将自干扰与外干扰抑制到噪声电平以下。     

认知频控阵雷达对随队假目标的动态零陷形成研究

电子战环境中,随队支援式假目标可在雷达照射主瓣内做非线性运动,这对基于相控阵体制的雷达实时地将波束零点对准假目标位置造成了困难。针对这一问题,提出一种基于频控阵雷达的动态零陷形成技术,系统通过从环境中提取干扰假目标距离信息,之后结合认知技术利用扩展卡尔曼滤波器获得假目标运动的外推轨迹,并将预测信息通过反馈回传至雷达发射模块,通过频控阵距离维波束形成技术调整发射权矢量使得波束零点指向干扰源预测位置。仿真结果表明:所提方法可以有效地实施对主瓣内运动的欺骗式假目标动态零陷,相比于不基于预测信息的波束形成技术具有显著的性能优势,为频控阵雷达抗主瓣欺骗式干扰提供了技术支持,在阵列信号处理方面具有一定的理论和实际意义。